不同土壤改良劑對汞污染水稻-蔬菜輪作耕地安全利用效果的研究

余 臻

(福州市綠色食品發(fā)展中心，福建 福州 350026)

土壤是農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)，由于城市化等人類活動影響，全球范圍內(nèi)約有33%的土壤發(fā)生退化或受到污染[1]。土壤重金屬可通過食物鏈危害人體健康[2]。針對重金屬污染土壤，主要的修復(fù)技術(shù)有生物法、物理修復(fù)法和化學(xué)鈍化法，化學(xué)鈍化技術(shù)具有低成本、見效快等特點，因此從實用性和經(jīng)濟性考慮，原位化學(xué)鈍化技術(shù)適用于重金屬污染農(nóng)田[3]。將當(dāng)?shù)氐屠鄯e作物品種與土壤改良劑進行綜合調(diào)控集成能夠有效降低汞生物有效性，取得進一步降低農(nóng)作物等積累風(fēng)險顯著效果[4]。因此，選用有機鈍化劑(泥炭土，P)、吸附材料(沸石，Z；麥飯石，M)、鈣質(zhì)劑(白云石，D)、葉面硅肥、葉面硒肥、有機-吸附鈍化(泥炭土、沸石為2∶1，PZ；泥炭土、麥飯石為2∶1，PM)、有機-鈣質(zhì)鈍化(泥炭土、白云石為2∶1，PD)等9個土壤改良劑，在福建省長樂區(qū)玉田鎮(zhèn)東渡村汞污染水稻-蔬菜輪作耕地開展大田試驗，篩選出適宜汞污染水稻-蔬菜輪作耕地的土壤改良劑。

1 材料與方法

1.1 土壤背景值

試驗地位于長樂區(qū)玉田鎮(zhèn)東渡村(N25.52060°，E119.27481°)，種植制度為水稻-蔬菜輪作。試驗地效果比對小區(qū)見圖1，地塊土壤與改良劑理化性質(zhì)分析結(jié)果顯示見表1，重金屬汞含量為1.96mg·kg-1，超過《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB 15618-2018)篩選值，而鎘、鉛、砷、鉻則低于風(fēng)險篩選值，試驗地地塊屬于汞單項安全利用類耕地。

表1 土壤及改良劑基本理化性質(zhì)

1.2 供試材料

試驗共選取9個土壤改良劑，各改良劑主要成分及用量見表2。

表2 不同處理土壤改良劑主要成分及用量

1.3 試驗設(shè)計

試驗在農(nóng)戶常規(guī)施肥的基礎(chǔ)上，加施不同土壤改良劑。按照田間試驗要求實施管理，效果比對區(qū)設(shè)在核心區(qū)附近(玉田鎮(zhèn)東渡村，為汞污染類型)，選擇水稻-蔬菜輪作地塊，試驗設(shè)置10個不同處理(不同技術(shù)措施)，見表2，每個處理設(shè)3次重復(fù)，共計30個小區(qū)，所有處理小區(qū)面積均為52m2(13m×4m)。以秈粳雜交稻“甬優(yōu)1540”為對照(CK)，后續(xù)開展有機調(diào)控、吸附鈍化、鈣質(zhì)定向鈍化、葉面阻控和綜合措施的安全利用模式效果比對。各水稻品種4月18號育秧，5月20日統(tǒng)一移栽，8月27日收獲。水稻小區(qū)田塊在農(nóng)民正常水分管理，秧苗移栽后自然落干，實田2d，復(fù)水施肥除草后，淺水促蘗，至有效分蘗終止期擱田，白根長出后復(fù)淺水，孕穗至揚花結(jié)束前保持淺水層，后期薄露灌溉，干濕交替。

2020年4月18日，小區(qū)田塊整地，水稻播種育秧，5月20日秧苗移栽，6月5日、6月25日，分2次施用硫酸鉀復(fù)合肥(N-P-K=16∶16∶16，每次用量375kg·hm-2)。6月13日，改良劑撒施試驗小區(qū)按試驗設(shè)計要求施用相應(yīng)用量的泥炭土、白云石、麥飯石和沸石等。7月20日、7月28日，實施水稻葉面阻控措施的小區(qū)，進行2次的葉面硅肥噴施。8月27日，收獲時對每個水稻小區(qū)產(chǎn)量進行測產(chǎn)，并按照5點采樣法多點采集農(nóng)作物及對應(yīng)土壤樣品。水稻樣品經(jīng)礱谷機脫殼制作稻米樣品，烘干后保存。

1.4 檢測方法

土壤pH參照NY/T 1121.2-2006,用電位法(土水比例為1∶2.5)測定pH[5]；土壤有效態(tài)汞參照DB35/T 1459-2014，用硫代乙醇酸-磷酸氫二鈉浸提-原子熒光法測定；稻米重金屬汞含量參照GB 5009.17-2014，用硝酸浸提-原子熒光法測定；水稻生物量將收獲的水稻置于105℃殺青30min后于60℃烘干至恒重，在電子天平上進行稱量，并記錄下水稻籽粒干重。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗所得基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通過Excel 2019和Sigmaplot 12.5制圖，利用SPSS 26.0軟件進行顯著性分析，差異顯著性分析采用Duncan法，差異顯著水平為5%。

2 結(jié)果與分析

2.1 改良劑對土壤pH影響

由圖2可知，改良劑處理對應(yīng)土壤pH值大小為M(麥飯石，6.8)>D(白云石，6.5)=PM(泥炭+麥飯石，6.5)=PD(泥炭+白云石，6.5)>Si(葉面噴施硅肥，6.4)=Z(沸石，6.4)=P(泥炭，6.4)=Se(葉面噴施硒肥，6.4)=CK(對照，6.4)>PZ(泥炭+沸石，6.3)，與對照相比，麥飯石顯著提高了土壤pH(P<0.05)，而其余處理與對照pH差異并不顯著(P>0.05)。可見，相對于對照而言，施加各種改良劑后，僅泥炭加沸石處理降低了土壤pH值，降幅達(dá)1.6%，其余改良劑處理的土壤pH值增加了0.0～0.4單位，增幅為0.0%～6.3%，且麥飯石處理顯著提高了土壤pH(P<0.05)。結(jié)果表明，麥飯石可以顯著提高土壤的鹽基飽和度，有效降低土壤交換性酸和石灰需要量，顯著提高土壤pH值[6]。這與張舒予[7]、邢世和[8]等針對土壤調(diào)理劑改良酸性土壤研究結(jié)果相一致。

圖2 改良劑對土壤pH影響

2.2 改良劑對土壤有效汞含量影響

由圖3可知，施加改良劑后各小區(qū)有效汞含量為(mg·kg-1)，CK(對照，0.028)>PD(泥炭加白云石，0.024)>D(白云石，0.023)>PZ(泥炭加沸石，0.022)>Se(葉面噴施硒肥，0.021)=Z(沸石，0.021)>Si(葉面噴施硅肥，0.019)>M(麥飯石，0.018)=PM(泥炭加麥飯石，0.018)>P(泥炭，0.017)，各處理土壤有效汞含量均低于農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬污染分級指標(biāo)中汞的安全值(0.04mg·kg-1)。施加改良劑后，各處理土壤有效汞含量均低于對照組，僅泥炭加白云石和白云石處理土壤有效汞與對照相差異不顯著(P>0.05)，泥炭加沸石、葉面噴施硒肥、沸石、葉面噴施硅肥、麥飯石、泥炭加麥飯石和泥炭處理均顯著降低土壤有效汞含量(P<0.05)。結(jié)果表明，泥炭加沸石、葉面噴施硒肥、沸石、葉面噴施硅肥、麥飯石、泥炭加麥飯石和泥炭處理均可以改良土壤結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)土壤酸堿度，吸附重金屬，阻斷土壤重金屬向食物鏈轉(zhuǎn)移，減少土壤有效汞含量，這與閆雙堆[9]、張杰[10]、馬敏[11]、狄曉穎[12]等研究結(jié)果相一致。

圖3 改良劑對土壤有效汞含量影響

2.3 改良劑對稻谷產(chǎn)量影響

施加改良劑后各小區(qū)的產(chǎn)量為(kg·hm-2)，PD(泥炭加白云石，8730)>D(白云石，8550)>P(泥炭，8280)>Si(葉面噴施硅肥，8175)>CK(對照，8085)>Se(葉面噴施硒肥，8040)>Z(沸石，7995)>PZ(泥炭加沸石，7965)>PM(泥炭加麥飯石，7905)=M(麥飯石，7905)。相對于對照而言，泥炭加白云石、白云石、泥炭、葉面噴施硅肥處理提高了水稻產(chǎn)量，增加產(chǎn)量90～645kg·hm-2，增幅1.1%～8.0%，其中泥炭加白云石和白云石顯著提高水稻稻谷產(chǎn)量(P<0.05)。而葉面噴硒施肥、沸石、泥炭加沸石、泥炭加麥飯石、麥飯石處理則略微降低水稻產(chǎn)量，降低產(chǎn)量45～180kg·hm-2，降幅0.6%～2.2%，并未達(dá)到顯著下降(P>0.05)。結(jié)果表明，泥炭加白云石、白云石、泥炭、葉面噴施硅肥處理可以改良水稻土壤理化性狀，促進水稻根系發(fā)育，具有一定增產(chǎn)效果，這與吳宏濤[13]、閆晗[14]、趙琦[15]等研究結(jié)果相一致。

2.4 改良劑對稻米汞含量影響

由圖4可知，未進行改良處理前稻米汞含量為0.010mg·kg-1，未超過國家食品安全限值。與對照組相比，添加改良劑后稻米汞含量并未改變，各處理下稻米汞含量均為0.010mg·kg-1。可見，“甬優(yōu)1540”屬于汞低富集水稻，對照和添加改良劑處理的“甬優(yōu)1540”稻米汞含量均低于(食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)中大米的汞限量為0.02mg·kg-1)的限值。

圖4 改良劑對稻谷汞含量影響

3 結(jié)論

稻米汞含量在國家食品安全限值之內(nèi)，施加改良劑后，“甬優(yōu)1540”屬于汞低富集水稻，對照和添加改良劑處理的“甬優(yōu)1540”稻米汞含量均低于檢出限。

泥炭加白云石和白云石顯著提高水稻稻谷產(chǎn)量(P<0.05)，其余處理與對照稻谷產(chǎn)量無顯著差異(P>0.05)。

與對照相比，泥炭加沸石處理降低了土壤pH值，降幅達(dá)1.6%，其余改良劑土壤pH值增加了0.0～0.4單位，且麥飯石處理顯著提高了土壤pH(P<0.05)。

泥炭加白云石和白云石處理土壤有效汞與對照相差異不顯著(P>0.05)，泥炭加沸石、葉面噴施硒肥、沸石、葉面噴施硅肥、麥飯石、泥炭加麥飯石和泥炭處理均顯著降低土壤有效汞含量(P<0.05)。

本次田間試驗僅在長樂區(qū)玉田鎮(zhèn)東渡村的1個試驗地開展，在其他不同立地條件下的施用效果，尚有待于今后進一步田間驗證。